Introduction
Les matières plastiques sont essentielles au secteur manufacturier actuel car elles sont généralement accessibles, la plupart sont peu coûteuses et elles se prêtent bien aux techniques de production courantes comme le moulage par injection, l'impression 3D et le fraisage de précision CNC.
L'usinage CNC est une technique de fabrication soustractive qui consiste à retirer soigneusement de la matière d'un bloc solide à l'aide d'outils de rotation et de forets pour façonner le composant.
En termes de production de composants en plastique, l’usinage CNC est plus précis que le moulage par injection.
De plus, comparé à de nombreuses autres techniques de fabrication, l'usinage CNC est plus compatible avec une plus grande variété de plastiques, ce qui en fait une option intéressante pour de nombreuses équipes produit souhaitant produire des pièces par usinage.
Usinage plastique
Qu'est-ce que Derlin
Un polymère acétal connu sous le nom commercial Delrin est largement utilisé dans l'usinage CNC en raison de ses caractéristiques remarquables. La substance, également appelée plastique POM (polyoxyméthylène) ou Delrin, peut être usinée davantage à l’aide de procédures telles que le moulage par injection et l’impression 3D. Il existe de nombreuses qualités de Delrin qui possèdent chacune une combinaison unique de caractéristiques.
En raison de sa résistance élevée à la traction, de son faible frottement et de sa résistance élevée à l'usure, de sa résistance au fluage et à la déformation, ainsi que de sa ténacité et de sa longévité générales, le plastique Delrin constitue une excellente alternative au métal. Une densité supérieure, une absorption réduite de l'humidité et une résistance chimique aux hydrocarbures, aux solvants et aux produits chimiques neutres ne sont que quelques-unes des qualités de la substance Delrin.
Qu'est-ce que le PEEK
La famille de matériaux PAEK comprend le thermoplastique technique haute performance connu sous le nom de PEEK, ou polyéther éther cétone. Le matériau semi-cristallin, qui présente une résistance, une résistance à l'usure et une résistance à l'abrasion exceptionnelles, et conserve ses qualités même à des températures élevées, est utilisé pour une variété de pièces et composants industriels.
Les qualités PEEK sont comparables au PPS en termes de résistance chimique et à l’eau. Le PEEK, quant à lui, a un point de fusion de 343°C et peut résister à des températures allant jusqu'à 250°C sans perdre définitivement ses qualités physiques. Il peut également être utilisé dans l'eau chaude ou la vapeur. Le PEEK est un plastique haute performance que l'on peut trouver sous forme de granulés, de filaments et de barres ou de tiges pour l'usinage CNC. En règle générale, il s’agit soit de qualité médicale, soit de qualité industrielle.
Qu'est-ce que le Téflon/PTFE
Le tétrafluoroéthylène (TFE) est un fluoropolymère et un thermoplastique. Téflon est une marque de la société chimique américaine Chemours, une division du titan industriel DuPont (aujourd'hui DowDuPont).
Il résiste à presque tous les produits chimiques et solvants industriels, résiste à des températures extrêmement élevées et constitue un excellent isolant. Il est fréquemment utilisé pour les objets nécessitant une surface antiadhésive en raison de son faible coefficient de friction, ce qui en fait un excellent choix pour les situations où les composants bougent les uns contre les autres.
Le Téflon, qui est un polymère de tétrafluoroéthylène (PTFE), possède des qualités diélectriques exceptionnelles qui sont stables en fréquence et en température. Il ne produit pas facilement d'étincelles et ne favorise pas la propagation des flammes. La densité apparente du Téflon est exceptionnellement élevée. Certaines de ses caractéristiques comprennent :
- capacités d’isolation thermique et électrique de haute qualité
- faible coefficient de frottement
- résistant aux produits chimiques
- indice de flamme de UL94-VO
Considérations pour le choix des plastiques d'usinage CNC
L'usinabilité d'un matériau est influencée par ses caractéristiques physiques. En conséquence, les résultats que vous pouvez obtenir de votre pièce diffèrent en fonction du matériau. La taille et la forme de votre pièce peuvent changer lorsque vous travaillez avec des plastiques, que ce soit pendant ou même après l'usinage. Les ingénieurs concepteurs doivent donc prendre en compte les qualités des matériaux pour garantir que leurs conceptions peuvent être fabriquées. Les éléments suivants doivent être pris en compte lors de l’usinage CNC des plastiques.
Dilatation thermique
À haute température, presque toutes les substances se dilatent et prennent du volume. L'outillage utilisé dans le fraisage CNC de précision génère de la chaleur lorsqu'il entre en contact avec le matériau. Comparés aux métaux, les plastiques ont un coefficient de dilatation thermique plus élevé. En conséquence, ils peuvent subir un changement de taille plus important suite à l’usinage. Comprendre comment chaque plastique réagit à l’apport de chaleur provenant de l’usinage est donc essentiel. Il est essentiel de prendre en compte la quantité de chaleur à laquelle le plastique sera exposé. La capacité à respecter les limitations dimensionnelles sera affectée par ces variables. La température de déformation thermique d'un matériau indique également à quel moment il commencera à se déformer facilement lorsqu'il sera exposé à des températures élevées. Vous devrez peut-être en tenir compte lors du choix de vos matériaux finaux pour vous assurer que la pièce est adaptée à l'application.
Force et dureté
Les caractéristiques de résistance et de dureté d'un plastique peuvent être prises en compte pour s'assurer qu'il peut résister aux exigences de l'utilisation prévue. Cependant, le comportement d'un matériau pendant l'usinage est également influencé par ces caractéristiques. La résistance à la traction d'un matériau peut avoir une influence sur la façon dont il crée des copeaux, ce qui peut altérer le polissage final de la surface. La dureté peut également influencer la façon dont les copeaux se forment et, pour les matériaux particulièrement tendres, des rainures peuvent se produire si l'opérateur ne prend pas les mesures nécessaires. De plus, la durée de vie de l'outillage utilisé peut être affectée par la dureté et la résistance à la traction d'un matériau. Lors de l'usinage de métaux et de céramiques, ce facteur est généralement plus important à prendre en compte.
Effets de l'humidité et des produits chimiques
Certains polymères peuvent absorber l'humidité de l'air ou du liquide de refroidissement ou subir les effets négatifs de certaines substances. Il peut même être nécessaire de les conserver dans des espaces climatisés ou des conteneurs fermés. Les dimensions du matériau peuvent fluctuer en raison de l'humidité et des réactions chimiques, ce qui rend plus difficile le maintien de tolérances exactes. Elles peuvent même faire perdre aux polymères toute leur stabilité et leur résistance.
Esthétique
Les éléments de conception tels que l’apparence et les caractéristiques associées telles que la transmission de la lumière peuvent être cruciaux. Dans ce cas, vous disposez de moins d’options en matière de matières plastiques. Une finition de surface rugueuse doit être évitée tout au long du processus d'usinage afin d'éviter tout effet négatif sur la transparence ou la transmission de la lumière.
La fonction du composant en plastique
La fonction d'une pièce détermine toujours la manière dont elle est construite. Ainsi, le matériau que vous devez utiliser pour la procédure d'usinage CNC du plastique dépendra en fin de compte de l'objectif de votre produit. L'environnement dans lequel le composant en plastique CNC sera utilisé aura le plus d'influence sur le choix du matériau. Le Derlin, par exemple, est l'option parfaite si votre article en plastique doit fonctionner dans un environnement avec des exigences de frottement faibles ou nulles. Cela est dû au faible frottement bien connu du matériau, ce qui le rend approprié pour la procédure.
Exigences relatives aux traitements de post-traitement
Afin d'améliorer leur valeur esthétique, certaines pièces peuvent nécessiter des procédures de post-traitement. Cependant, tous les plastiques ne peuvent pas être facilement assortis à tous les types de finitions. Ainsi, lorsque vous choisissez le plastique pour l’usinage CNC, tenez-en également compte.
Avantages et inconvénients de l'usinage du Delrin, du Téflon et du PEEK
Usinage du Delrin
Les métaux peuvent être parfaitement remplacés par le Delrin lors de la fabrication de pièces. Il présente cependant des avantages et des inconvénients, comme tout autre matériau utilisé dans la production. Ses avantages et inconvénients sont les suivants :
Avantages
- poids léger
Le Delrin est plus léger que les métaux. Cependant, tout en étant léger, il présente une résistance à la traction élevée et peut supporter des charges de choc à maintes reprises.
- Possibilité d'être usiné
Le Delrin présente des qualités particulières qui le rendent facile à manipuler et à transformer avec des équipements aussi bien traditionnels que de pointe. Il offre également des débits plus élevés que les autres résines, ce qui permet un remplissage plus uniforme des parois fines du moule.
- Solidité
Le Delrin polymère résiste à l'usure. Grâce à sa rigidité et à son excellente résistance mécanique, il permet de fabriquer une grande variété de composants Delrin haute performance à longue durée de vie.
- faible coefficient de frottement
Le Delrin peut être utilisé pour créer des composants mobiles et coulissants qui n'ont pas besoin d'entretien. Son pouvoir lubrifiant inhérent en fait également un choix judicieux pour les composants qui fonctionnent avec peu ou pas de frottement.
- Haute capacité de déformation et de stress
Le Delrin possède des propriétés de retour élastique supérieures à celles des métaux. De plus, sa grande résistance à la déformation et son excellent retour élastique le rendent idéal pour les applications à enclenchement et à boucle.
- Résistant à l'humidité
Le Delrin peut être utilisé dans des environnements humides car il n'absorbe pas l'humidité. De plus, il résiste à divers solvants chimiques ainsi qu’aux solvants organiques comme l’essence. Il est résistant à la corrosion grâce à sa résistance à l’humidité. Pour de nombreuses opérations industrielles, c’est un matériau parfait.
Désavantages
Le Delrin présente quelques autres inconvénients qui empêchent sa pleine utilisation dans la fabrication de produits. Plusieurs de ses inconvénients sont répertoriés ci-dessous :
- Résistance limitée aux acides
La résistance aux solvants est un atout majeur du Delrin. Cependant, certains acides, comme le chlore et les acides minéraux, peuvent l'endommager. C'est pourquoi même de très faibles concentrations de chlore dans l'eau potable peuvent provoquer des ruptures de canalisations.
- Conservation des aliments
La fabrication de récipients alimentaires n'est pas l'utilisation optimale du Delrin. En effet, le Delrin contamine les aliments au contact d'ingrédients alimentaires acides.
- un adhésif faible
Delrin a du mal à se connecter les uns aux autres en raison de sa composition chimique. Afin de lier le Delrin, des adhésifs comme le polyuréthane et les époxy ont été utilisés. Mais cela nécessite l’intervention de spécialistes des adhésifs, ce qui fait monter le prix.
- Inflammable
La substance delrin est combustible. Seul un extincteur de classe A peut éteindre les flammes de la substance en feu.
Usinage du PEEK
L'usinage du PEEK présente plusieurs avantages, qui peuvent être divisés en deux groupes : les avantages matériels intrinsèques du PEEK et les avantages particuliers du processus lié à l'utilisation d'une machine CNC pour fabriquer le matériau PEEK.
Avantages
L'usinage du PEEK présente les avantages matériels suivants :
- grande résistance aux produits chimiques.
Le PEEK offre une excellente résistance aux substances corrosives. Sa résistance est comparable à celle de l'acier au nickel et il conserve sa structure chimique non corrosive au contact de la plupart des métaux, même à haute température. Seul l'acide sulfurique concentré peut dissoudre ce plastique dans des conditions normales.
- Haute résistance aux radiations et faible absorption d'eau.
Les composants d'une machine ou d'un instrument en PEEK conservent leur structure chimique et leurs caractéristiques dans des environnements humides. Il fonctionne mieux dans les environnements humides, dans l’eau chaude sous pression ou dans la vapeur en raison de sa résistance à l’hydrolyse, même à des températures plus élevées.
De plus, les composants PEEK peuvent fonctionner en présence de forts rayonnements ionisants. Il est plus résistant aux rayonnements gamma que le polystyrène, comme cela a déjà été mentionné.
- Taux élevé d’efficacité et de fiabilité même à des températures élevées.
Grâce à ses excellentes propriétés d'usinage, le PEEK garantit une usinabilité exceptionnelle lors du fraisage CNC de précision des plastiques. Bien qu'il s'agisse d'un thermoplastique très résistant aux hautes températures, il peut être transformé par diverses techniques de mise en œuvre.
Ces techniques comprennent le filage à chaud, le moulage par injection et le moulage par extrusion. Cette compatibilité est garantie par les fortes caractéristiques de dégradation thermique du PEEK et sa maniabilité à haute température. De plus, ce thermoplastique est une substance autoextinguible en cas d'incendie ; il émet peu ou pas de gaz ou de fumée dangereux.
- caractéristiques mécaniques exceptionnelles
Le PEEK et d'autres thermoplastiques haute température offrent une excellente résistance aux chocs et conservent leur forme à haute température. Il présente une grande stabilité dimensionnelle et un faible coefficient de dilatation linéaire. Parmi tous les polymères, le PEEK possède la plus grande résistance aux contraintes et à la fatigue. De plus, il présente une résistance exceptionnelle au fluage (capacité d'une substance à se déformer lentement sur une longue période d'exposition à une contrainte). Cette qualité en fait un matériau idéal pour supporter des contraintes d'usinage élevées.
De plus, le PEEK offre une résistance à l'usure exceptionnelle et un faible coefficient de friction. De ce fait, il peut continuer à conserver une excellente résistance à l’usure dans diverses circonstances physiques externes, notamment la pression, la rugosité de la surface, la température et la vitesse par rapport à la surface de contact.
- il existe des qualités biocompatibles.
- invulnérable à la biodégradation
Désavantages
L'usinage du PEEK présente un certain nombre d'inconvénients. Quelques-uns d'entre eux incluent
Pour réduire les tensions internes et les fractures provoquées par la chaleur, des précautions particulières sont nécessaires.
- nécessaire pour recuire
- Transfert de chaleur inefficace.
- Il pourrait se fissurer si vous percez trop loin.
Usinage Téflon/PTFE
Le téflon présente les avantages matériels suivants une fois usiné :
- Faible résistance et antiadhésif.
- bonne résilience aux conditions climatiques
- tolérant à des températures aussi élevées que 500°F
- très bonnes qualités d'isolation électrique.
- résistant aux produits chimiques.
- haute résistance aux chocs.
Avantages du processus
- doux et dense, ce qui le rend simple à usiner.
- La déformation des pièces et le colmatage des outils sont évités grâce à une excellente stabilité thermique.
Inconvénients de l'usinage du téflon :
- coefficient de dilatation important.
- stress rampant.
- Des tolérances strictes sont difficiles à atteindre
- faible qualité mécanique.
- Risque de bavure en raison de la souplesse du matériau.
1.0 Applications et conseils pour l'usinage du Delrin, du Téflon et du PEEK
1.1 Applications de l'usinage du Téflon
Le téflon n'est pas le matériau le plus adaptable pour l'usinage CNC, mais en raison de ses qualités avantageuses, telles que la stabilité thermique et un faible coefficient de frottement, il a des utilisations de niche importantes. L'isolation des fils utilise environ la moitié de la quantité totale de PTFE produite dans le monde, mais les machines CNC ne sont pas utilisées pour créer le câblage ou son isolation. Les revêtements antiadhésifs en téflon pour les ustensiles de cuisine en aluminium constituent peut-être son autre application la plus connue ; dans ce cas, du Téflon sous forme liquide est pulvérisé ou roulé sur la surface métallique gravée. Les ustensiles de cuisine recouverts de téflon ne sont pas souvent usinés.
Cependant, le téflon peut être travaillé par usinage CNC lorsqu'il est solide. Les engrenages, bagues, raccords et vannes sont des exemples de pièces industrielles en téflon pouvant être usinées.
Engrenage
Dans des domaines tels que le médical, la transformation alimentaire, la recherche et l'aérospatiale, les pièces en PTFE usinées CNC courantes comprennent les bagues, les raccords, les roulements et les vannes.
Conseils d'usinage pour le Téflon
Le téflon ne peut être facilement remplacé par d'autres matériaux couramment utilisés en raison de son comportement et des exigences de fabrication liées à ses caractéristiques spécifiques. Si le concepteur et l'opérateur font preuve de suffisamment de soin et de précautions, le téflon convient à une large gamme de pièces et de composants. L'obtention de tolérances serrées peut s'avérer complexe sans traitement thermique préalable du matériau ; une tolérance typique pour les pièces en téflon est d'environ 0.13 mm. Les meilleurs états de surface et les tolérances les plus précises sont obtenus par usinage CNC du téflon à l'aide d'outils très affûtés et de fluides de coupe hydrosolubles tels que l'air comprimé et les brouillards d'huile. De plus, les fluides de coupe inodores sont préférables. L'ébavurage est une étape cruciale lors de l'usinage du téflon. La grande souplesse du PTFE peut entraîner la formation de traces indésirables, même avec des outils de coupe de petite taille et de haute précision, qui doivent être éliminées après usinage. Les bavures peuvent être éliminées par des procédés de finition de surface classiques comme le ponçage, mais une méthode plus sophistiquée consiste à congeler le téflon usiné afin de réduire sa malléabilité pendant l'ébavurage.
Liste de contrôle.
- Utilisez des outils de coupe abrasifs.
- Utilisez généreusement un liquide de refroidissement soluble dans l’eau.
- Essayez de maintenir une tolérance moyenne à faible.
- Élaborez un plan d’ébavurage à l’avance.
1.2 Applications de l'usinage du PEEK
Le PEEK est un matériau qui peut être utilisé à diverses fins, dont certaines peuvent être traitées plus efficacement par CNC que par d'autres méthodes de production. Le plastique PEEK, disponible en qualité médicale et industrielle, est utilisé dans les domaines dentaire, de la santé, de l'aérospatiale, de l'automobile, de la chimie, de l'électronique et de l'énergie.
Conseils pour l'usinage du PEEK
Des procédures importantes doivent être suivies avant, pendant et après l'usinage pour fournir des résultats optimaux.
- Recuit.
Les tiges PEEK sont soumises à une procédure de recuit pour relâcher la tension et réduire le risque de déformations et de fractures de surface pendant le fraisage. Le PEEK qui a été recuit est moins susceptible de se déformer. En fonction de la durée du processus d'usinage, plusieurs processus de recuit peuvent être nécessaires.
- appareils de coupe.
Le PEEK peut souvent être usiné à l’aide d’outils de coupe en carbure de silicium. Des outils diamantés doivent être utilisés si le PEEK est renforcé en fibre de carbone ou si des tolérances extrêmement strictes sont nécessaires.
De plus, la contamination peut être évitée en évitant également d'utiliser les instruments de coupe sur les métaux.
- sec ou glissant
Afin d'éviter toute déformation ou rupture lors de l'usinage, le PEEK, ne dissipant pas la chaleur, doit être refroidi. Si, par exemple, l'usinage de dispositifs médicaux est réalisé avec un liquide de refroidissement standard, ce dernier peut être utilisé ; toutefois, dans ce cas, un refroidissement par air comprimé du PEEK est indispensable. En effet, le liquide de refroidissement pourrait altérer la biocompatibilité du PEEK.
- Forage.
Le PEEK a un allongement moindre que les autres polymères, ce qui peut entraîner des fractures lors du forage de trous profonds.
- Utiliser les paramètres d'usinage appropriés.
L'utilisation des paramètres d'usinage appropriés lors des opérations de perçage, de fraisage et de tournage est importante si vous souhaitez fabriquer des composants PEEK sans aucun problème.
1.3 Applications de l'usinage du Delrin
Les composants Delrin usinables sont largement utilisés dans une variété d'ateliers d'usinage CNC, y compris l'électronique grand public. Le Delrin est fréquemment utilisé dans les applications de traitement suivantes :
Les engrenages, boîtiers, ressorts, roues de ventilateur, vannes, roulements, rouleaux et grattoirs peuvent tous être fabriqués en Delrin.
Bearings
Parmi les composants Delrin utilisés dans les applications électroniques figurent des isolants, des connecteurs, des bobines et des connexions, ainsi que des pièces pour l'électronique grand public comme des caches de clavier.
Les systèmes de verrouillage des portes, les boîtiers à charnières et les transmetteurs de carburant sont tous des pièces de véhicule en Delrin.
Les inhalateurs, les stylos à insuline et le matériel médical font partie des fournitures médicales Delrin.
une agrafeuse chirurgicale et un médiator de guitare sont présents.
Conseils pour l'usinage du Delrin
Le Delrin ne nécessite pas de précautions de sécurité extrêmes car il s'agit de l'un des polymères les plus propices à l'usinage. Néanmoins, certains facteurs de conception et techniques de fabrication fonctionnent mieux sur lui que d'autres.
- Conception spécifique au Delrin.
Essayez de maintenir des épaisseurs de paroi constantes lors de la conception d'éléments pour l'usinage du Delrin et incluez des congés et des nervures le cas échéant. Les gros composants pourraient être plus sujets à la déformation.
- Delrin doit être conservé séparément.
Utiliser des outils de coupe qui n’ont jamais été utilisés pour couper de l’aluminium ou d’autres métaux est le meilleur moyen de prévenir la contamination.
- Être observateur.
Le Delrin peut être usiné plus efficacement à l'aide d'outils de coupe tranchants à angle de dépouille élevé ; L'utilisation de lubrifiant de coupe peut également être bénéfique.
- pas trop serré.
Le Delrin n'étant pas particulièrement rigide, il convient de procéder avec précaution lors du serrage de la pièce. Appliquez constamment une légère pression de serrage.
- Restez calme.
Le Delrin est vulnérable aux sources de chaleur supérieures à 121°C. En plus d'être plus performants que les liquides de refroidissement, les liquides de refroidissement à base d'air accélèrent l'élimination des copeaux.
- Gardez l'instrument bien rangé.
Le Delrin usiné produit des copeaux contrôlables et uniformes ; l'évacuation des copeaux doit être effectuée rapidement pour éviter une accumulation collante sur l'outil.
2.0 Conclusion
De nombreux produits commerciaux et domestiques sont fabriqués à partir de polymères plastiques. Pour certains articles, une grande précision, une exactitude et des tolérances serrées sont requises. C'est pourquoi l'usinage CNC des plastiques est une option prisée par ceux qui souhaitent utiliser des polymères plastiques de haute qualité et durables.
